DE102016100020A1 - A method of forming a high dielectric constant dielectric layer, image sensor device, and manufacturing method therefor - Google Patents

A method of forming a high dielectric constant dielectric layer, image sensor device, and manufacturing method therefor Download PDF

Info

Publication number
DE102016100020A1
DE102016100020A1 DE102016100020.5A DE102016100020A DE102016100020A1 DE 102016100020 A1 DE102016100020 A1 DE 102016100020A1 DE 102016100020 A DE102016100020 A DE 102016100020A DE 102016100020 A1 DE102016100020 A1 DE 102016100020A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
substrate
dielectric layer
image sensor
chloride
sensor device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102016100020.5A
Other languages
German (de)
Inventor
Tsung-Han Tsai
Horng-Huei Tseng
Hsin-Chieh Huang
Chun-Hao Chou
Kuo-Cheng Lee
Yung-Lung Hsu
Yun-Wei Cheng
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Original Assignee
Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd filed Critical Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Publication of DE102016100020A1 publication Critical patent/DE102016100020A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14683Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H01L27/14685Process for coatings or optical elements
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14683Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02041Cleaning
    • H01L21/02057Cleaning during device manufacture
    • H01L21/0206Cleaning during device manufacture during, before or after processing of insulating layers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02107Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02172Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides
    • H01L21/02175Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides characterised by the metal
    • H01L21/02181Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides characterised by the metal the material containing hafnium, e.g. HfO2
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02107Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02271Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
    • H01L21/0228Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition deposition by cyclic CVD, e.g. ALD, ALE, pulsed CVD
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/28008Making conductor-insulator-semiconductor electrodes
    • H01L21/28017Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon
    • H01L21/28158Making the insulator
    • H01L21/28167Making the insulator on single crystalline silicon, e.g. using a liquid, i.e. chemical oxidation
    • H01L21/28194Making the insulator on single crystalline silicon, e.g. using a liquid, i.e. chemical oxidation by deposition, e.g. evaporation, ALD, CVD, sputtering, laser deposition
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76801Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76801Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing
    • H01L21/76822Modification of the material of dielectric layers, e.g. grading, after-treatment to improve the stability of the layers, to increase their density etc.
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14601Structural or functional details thereof
    • H01L27/14603Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
    • H01L27/14607Geometry of the photosensitive area
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14601Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462Coatings
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14601Structural or functional details thereof
    • H01L27/1464Back illuminated imager structures
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14601Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462Coatings
    • H01L27/14621Colour filter arrangements
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14601Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L27/14627Microlenses
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14601Structural or functional details thereof
    • H01L27/1463Pixel isolation structures
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14601Structural or functional details thereof
    • H01L27/14636Interconnect structures

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)

Abstract

Ein Verfahren zum Ausbilden einer dielektrischen Schicht mit hoher Dielektrizitätskonstante (hohem κ) auf einem Substrat umfasst das Durchführen eines Vorreinigungsprozesses auf einer Fläche des Substrats. Ein Chlorid-Präkursor wird der Fläche zugeführt. Ein Oxidationsmittel wird der Fläche zugeführt, um die dielektrische Schicht mit hohem κ auf dem Substrat auszubilden. Eine Chloridkonzentration der dielektrischen Schicht mit hohem κ ist niedriger als etwa 8 Atome/cm3.A method of forming a high dielectric constant (high κ) dielectric layer on a substrate includes performing a pre-cleaning process on a surface of the substrate. A chloride precursor is added to the surface. An oxidizing agent is supplied to the surface to form the high-k dielectric layer on the substrate. A chloride concentration of the high-k dielectric layer is lower than about 8 atoms / cm 3.

Description

PRIORITÄTSANSPRUCH UND QUERVERWEISPRIORITY CLAIM AND CROSS-REFERENCE

Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Seriennr. 62/158,437, welche am 07. Mai 2015 eingereicht wurde und hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.This application claims the benefit of US Provisional Patent Application Ser. 62 / 158,437, filed May 7, 2015 and incorporated herein by reference.

HINTERGRUNDBACKGROUND

Technologien integrierter Schaltungen (Integrated Circuits, ICs) werden ständig verbessert. Solche Verbesserungen beinhalten häufig das Herunterskalieren von Vorrichtungsgeometrien, um niedrigere Herstellungskosten, eine höhere Integrationsdichte der Bauelemente, höhere Geschwindigkeiten und eine bessere Leistung zu erzielen. Neben den Vorteilen, die durch die Verringerung der geometrischen Größe erzielt werden, werden Verbesserungen direkt an den IC-Vorrichtungen vorgenommen. Eine solche IC-Vorrichtung ist eine Bildsensorvorrichtung. Eine Bildsensorvorrichtung umfasst eine Pixelanordnung (oder ein Pixelgitter) zum Erfassen von Licht und Aufzeichnen einer Intensität (Helligkeit) des erfassten Lichtes. Die Pixelanordnung reagiert auf das Licht durch das Akkumulieren einer Ladung – zum Beispiel ist die in der Pixelanordnung akkumulierte Ladung umso höher, je höher die Intensität des Lichtes ist. Die akkumulierte Ladung wird dann verwendet (zum Beispiel durch andere Schaltungen), um eine Farbe und Helligkeit zur Verwendung in einer geeigneten Anwendung bereitzustellen, wie etwa in einer Digitalkamera.Integrated circuit (IC) technologies are constantly being improved. Such improvements often involve scaling down device geometries to achieve lower manufacturing costs, higher device integration density, higher speeds, and better performance. In addition to the benefits achieved by reducing the geometric size, improvements are made directly to the IC devices. Such an IC device is an image sensor device. An image sensor device comprises a pixel array (or a pixel grid) for detecting light and recording an intensity (brightness) of the detected light. The pixel array responds to the light by accumulating a charge - for example, the higher the intensity of the light, the higher the charge accumulated in the pixel array. The accumulated charge is then used (for example, by other circuitry) to provide color and brightness for use in a suitable application, such as in a digital camera.

Ein Typ einer Bildsensorvorrichtung ist eine rückwärtig belichtete (Backside Illuminated, BSI) Bildsensorvorrichtung. BSI Bildsensorvorrichtungen werden zum Erfassen eines Volumens von Licht verwendet, das in Richtung einer Rückseitenfläche eines Substrats (welches die Bildsensorschaltungen der BSI Bildsensorvorrichtung trägt) projiziert wird. Das Pixelgitter ist auf einer Vorderseite des Substrats angeordnet, und das Substrat ist genügend dünn, so dass Licht, welches in Richtung der Rückseite des Substrats projiziert wird, das Pixelgitter erreichen kann. BSI Bildsensorvorrichtungen gewährleisten einen hohen Füllfaktor und eine geringere destruktive Interferenz im Vergleich zu frontseitig belichteten (front-side illuminated, FSI) Bildsensorvorrichtungen. Infolge der Bauelementeskalierung werden ständig Verbesserungen der BSI-Technologie vorgenommen, um die Bildqualität von BSI Bildsensorvorrichtungen weiter zu verbessern.One type of image sensor device is a backside illuminated (BSI) image sensor device. BSI image sensor devices are used to detect a volume of light projected toward a backside surface of a substrate (which carries the image sensor circuits of the BSI image sensor device). The pixel grid is disposed on a front side of the substrate, and the substrate is sufficiently thin so that light projected toward the back side of the substrate can reach the pixel grid. BSI image sensor devices provide a high fill factor and less destructive interference as compared to front-side illuminated (FSI) image sensor devices. As a result of component scaling, improvements in BSI technology are continually being made to further enhance the image quality of BSI image sensing devices.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Aspekte der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung am besten verständlich, wenn diese zusammen mit den beigefügten Figuren studiert wird. Es ist anzumerken, dass entsprechend der üblichen Praxis in der Industrie verschiedene Merkmale nicht maßstabsgetreu dargestellt sind. Tatsächlich können die Abmessungen der verschiedenen Merkmale zur Klarheit der Erläuterung willkürlich vergrößert oder verkleinert sein.Aspects of the present disclosure will be best understood from the following detailed description when studied in conjunction with the accompanying drawings. It should be noted that according to common practice in the industry, various features are not drawn to scale. In fact, the dimensions of the various features may be arbitrarily increased or decreased for clarity of explanation.

1A bis 1F sind Schnittansichten eines Verfahrens zur Herstellung einer Bildsensorvorrichtung in verschiedenen Stadien gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. 1A to 1F FIG. 12 are sectional views of a method of fabricating an image sensor apparatus at various stages according to some embodiments of the present disclosure.

2 ist eine graphische Darstellung verschiedener Atomkonzentrationen in Abhängigkeit von der Tiefe des Farbfilters, der dielektrischen Schicht mit hohem κ und dem Substrat der Bildsensorvorrichtung in 1F. 2 FIG. 15 is a graph of various atomic concentrations depending on the depth of the color filter, the high-k dielectric layer, and the substrate of the image sensing device in FIG 1F ,

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

Die folgende Offenbarung stellt viele verschiedene Ausführungsformen oder Beispiele zur Implementierung verschiedener Merkmale des bereitgestellten Gegenstands bereit. Nachfolgend werden spezielle Beispiele von Komponenten und Anordnungen beschrieben, um die vorliegende Offenbarung zu vereinfachen. Diese sind natürlich lediglich Beispiele, die nicht einschränkend sein sollen. Zum Beispiel kann die Ausbildung eines ersten Merkmals über oder auf einem zweiten Merkmal in der nachfolgenden Beschreibung Ausführungsformen beinhalten, bei denen das erste und das zweite Merkmal in direktem Kontakt ausgebildet sind, und kann auch Ausführungsformen beinhalten, bei denen zusätzliche Merkmale zwischen dem ersten und dem zweiten Merkmal ausgebildet sein können, so dass sich das erste und das zweite Merkmal möglicherweise nicht in direktem Kontakt befinden. Weiterhin können sich in der vorliegenden Offenbarung Bezugszahlen und/oder -buchstaben in den verschiedenen Beispielen wiederholen. Diese Wiederholung dient dem Zweck der Einfachheit und Klarheit und stellt an sich noch keinen Zusammenhang zwischen den verschiedenen erörterten Ausführungsformen und/oder Konfigurationen her.The following disclosure provides many different embodiments or examples for implementing various features of the provided subject matter. Hereinafter, specific examples of components and arrangements will be described to simplify the present disclosure. Of course, these are just examples that should not be limiting. For example, the formation of a first feature over or on a second feature in the following description may include embodiments in which the first and second features are in direct contact, and may also include embodiments in which additional features are included between the first and second features second feature may be formed so that the first and the second feature may not be in direct contact. Furthermore, in the present disclosure, reference numerals and / or letters may be repeated in the various examples. This repetition is for the purpose of simplicity and clarity and in itself does not establish any association between the various embodiments and / or configurations discussed.

Ferner können Begriffe, die räumliche Beziehungen bezeichnen, wie ”unterhalb”, ”unter”, ”untere(r)”, ”oberhalb”, ”obere(r)” usw., hier zur Vereinfachung der Beschreibung verwendet werden, um die Beziehung eines Elements oder Merkmals zu (einem) anderen Element(en) oder Merkmal(en) zu beschreiben, wie in den Figuren dargestellt. Die räumliche Beziehungen bezeichnenden Begriffe sollen andere Ausrichtungen der in Verwendung oder in Betrieb befindlichen Vorrichtung, zusätzlich zu der in den Figuren abgebildeten Ausrichtung, mit einschließen. Die Vorrichtung kann anders ausgerichtet (um 90 Grad gedreht oder in eine andere Ausrichtung bewegt) werden, und die hier verwendeten Begriffe zur Beschreibung räumlicher Beziehungen können ebenfalls entsprechend interpretiert werden. Furthermore, terms that designate spatial relationships, such as "below,""below,""lower,""above,""upper," etc., may be used herein to simplify the description to describe the relationship of a To describe element or feature to another element (s) or feature (s) as shown in the figures. The terms designating spatial relationships are intended to include other orientations of the device in use or in operation, in addition to the orientation depicted in the figures. The device may be reoriented (rotated 90 degrees or moved to a different orientation), and the terms used to describe spatial relationships used herein may also be interpreted accordingly.

Bei einigen Ausführungsformen des Ausbildens einer rückwärtig belichteten (Backside Illuminated, BSI) Bildsensorvorrichtung wird eine dielektrische Schicht mit hoher Dielektrizitätskonstante (hohem κ) auf einem Substrat ausgebildet, das als Schicht der unteren Antireflexbeschichtung (Bottom Anti-Reflective Coating, BARC) der Bildsensorvorrichtung verwendet werden soll. Die BARC Schicht, die von der dielektrischen Schicht mit hohem κ gebildet wird, hat die Fähigkeit, Ladung zu akkumulieren, wobei sie die Qualität im Hinblick auf Dunkelstrom, Weißpixel und Ungleichmäßigkeit des Dunkelsignals (Dark Image Non-Uniformity, DINU) verbessert. Bei einigen Ausführungsformen wird die dielektrische Schicht mit hohem κ durch einen ALD-Prozess und unter Verwendung von Metallchlorid als Präkursor (Vorläufer) gebildet. Die Chloridkonzentration der gebildeten dielektrischen Schicht mit hohem κ hängt mit der Haftung zwischen der dielektrischen Schicht mit hohem κ und dem Substrat zusammen. Um die Haftung zu verbessern und die Probleme der Delaminierung der dielektrischen Schicht mit hohem κ zu vermindern, werden in den folgenden Abschnitten eine Bildsensorvorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung derselben bereitgestellt.In some embodiments of forming a backside illuminated (BSI) image sensor device, a high dielectric constant (high κ) dielectric layer is formed on a substrate which is used as the bottom anti-reflective coating (BARC) layer of the image sensor device should. The BARC layer formed by the high-k dielectric layer has the ability to accumulate charge, thereby improving the quality in terms of dark current, white pixels, and dark image nonuniformity (DINU). In some embodiments, the high-k dielectric layer is formed by an ALD process and using metal chloride as a precursor. The chloride concentration of the formed high-k dielectric layer is related to the adhesion between the high-k dielectric layer and the substrate. In order to improve the adhesion and to reduce the problems of delamination of the high-k dielectric layer, an image sensor device and a method of manufacturing the same are provided in the following sections.

1A bis 1F sind Schnittansichten eines Verfahrens zur Herstellung einer Bildsensorvorrichtung in verschiedenen Stadien gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Die Bildsensorvorrichtung umfasst eine Anordnung von Pixeln P, und die Pixel P können in Spalten und Zeilen angeordnet sein. Der Begriff ”Pixel” bezieht sich auf eine Einheitszelle, welche Merkmale (zum Beispiel einen Photodetektor und verschiedene Schaltungen, welche verschiedene Halbleiterbauelemente umfassen können) zum Umwandeln elektromagnetischer Strahlung in ein elektrisches Signal enthalten. Der Einfachheit halber wird in der vorliegenden Offenbarung eine Bildsensorvorrichtung beschrieben, die ein einziges Pixel P umfasst; typischerweise kann jedoch eine Anordnung solcher Pixel die Bildsensorvorrichtung bilden, die in 1A dargestellt ist. 1A to 1F FIG. 12 are sectional views of a method of fabricating an image sensor apparatus at various stages according to some embodiments of the present disclosure. The image sensor device comprises an array of pixels P, and the pixels P may be arranged in columns and rows. The term "pixel" refers to a unit cell that includes features (eg, a photodetector and various circuits that may include various semiconductor devices) for converting electromagnetic radiation into an electrical signal. For the sake of simplicity, in the present disclosure, an image sensor device including a single pixel P will be described; however, typically, an array of such pixels may form the image sensor device incorporated in US Pat 1A is shown.

Die Pixel P können Photodioden, komplementäre Metalloxid-Halbleiter-(Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS)Bildsensorvorrichtungen, auf ladungsgekoppelten Bauelementen (Charged Coupled Devices, CCD) basierende Sensoren, aktive Sensoren, passive Sensoren, sonstige Sensoren oder Kombinationen davon umfassen. Die Pixel P können als verschiedene Sensortypen aufweisend ausgebildet sein. Zum Beispiel kann es sich bei einer Gruppe von Pixeln P um CMOS-Bildsensorvorrichtungen handeln, und eine andere Gruppe von Pixeln P kann aus passiven Sensoren bestehen. Außerdem können die Pixel P Farbbild-Sensorvorrichtungen oder monochromatische Bildsensorvorrichtungen umfassen. In einem Beispiel ist wenigstens eines der Pixel P ein aktiver Pixelsensor, wie etwa eine CMOS-Bildsensorvorrichtung. In 1A kann das Pixel P einen Photodetektor umfassen, wie etwa einen Photodetektor vom Typ eines Photogates, zum Aufzeichnen einer Intensität oder Helligkeit von Licht (Strahlung). Das Pixel P kann auch verschiedene Halbleiterbauelemente umfassen, wie etwa verschiedene Transistoren, etwa einen Transfertransistor, einen Rücksetztransistor, einen Sourcefolgertransistor, einen Auswahltransistor, einen anderen geeigneten Transistor oder Kombinationen davon. Weitere Schaltungen, ein Eingang und/oder ein Ausgang können mit der Pixelanordnung gekoppelt sein, um eine Betriebsumgebung für das Pixel P bereitzustellen und externe Kommunikationen mit dem Pixel P zu unterstützen. Zum Beispiel kann die Pixelanordnung mit Ausleseschaltungen und/oder Steuerschaltungen gekoppelt sein. Die Pixel P können sich, obwohl sie schematisch als identisch dargestellt sind, voneinander unterscheiden, indem sie unterschiedliche Übergangstiefen, Dicken, Breiten usw. aufweisen.The pixels P may include photodiodes, Complementary Metal Oxide Semiconductor (CMOS) image sensor devices, Charged Coupled Devices (CCD) based sensors, active sensors, passive sensors, other sensors, or combinations thereof. The pixels P may be formed as having different types of sensors. For example, one group of pixels P may be CMOS image sensor devices, and another group of pixels P may be passive sensors. In addition, the pixels P may comprise color image sensor devices or monochromatic image sensor devices. In one example, at least one of the pixels P is an active pixel sensor, such as a CMOS image sensor device. In 1A For example, the pixel P may comprise a photodetector, such as a photogate photodetector, for recording intensity or brightness of light (radiation). The pixel P may also include various semiconductor devices, such as various transistors, such as a transfer transistor, a reset transistor, a source follower transistor, a select transistor, another suitable transistor, or combinations thereof. Additional circuitry, an input, and / or an output may be coupled to the pixel array to provide an operating environment for the pixel P and to support external communications with the pixel P. For example, the pixel array may be coupled to readout circuits and / or control circuits. The pixels P, although shown schematically as being identical, can be distinguished from one another by having different transition depths, thicknesses, widths, etc.

In 1A ist die Bildsensorvorrichtung eine BSI Bildsensorvorrichtung. Die Bildsensorvorrichtung kann ein integrierter Schaltungschip (Integrated Circuit Chip, IC-Chip), ein Ein-Chip-System (System on Chip, SoC) oder ein Teil davon sein, der bzw. das verschiedene passive und aktive mikroelektronische Bauelemente umfasst, wie etwa Widerstände, Kondensatoren, Spulen, Dioden, Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistors, MOSFETs), CMOS-Transistoren, Bipolartransistoren (Bipolar Junction Transistors, BJTs), lateral diffundierte MOS-(LDMOS)Transistoren, Hochleistungs-MOS-Transistoren, lamellenförmige Feldeffekttransistoren (Fin-like Field Effect Transistors, FinFETs), andere geeignete Komponenten oder Kombinationen davon. 1A wurde um der Klarheit willen vereinfacht, um die erfinderischen Konzepte der vorliegenden Offenbarung besser zu verdeutlichen. Die Bildsensorvorrichtung kann um weitere Merkmale ergänzt werden, und einige der unten beschriebenen Merkmale können ersetzt oder weggelassen werden, um andere Ausführungsformen der Bildsensorvorrichtung zu erhalten.In 1A For example, the image sensor device is a BSI image sensor device. The image sensing device may be an integrated circuit chip (IC chip), a system on chip (SoC) system, or a portion thereof that includes various passive and active microelectronic devices, such as resistors , Capacitors, Coils, Diodes, Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors (MOSFETs), CMOS Transistors, Bipolar Junction Transistors (BJTs), Laterally Diffused MOS (LDMOS) Transistors, High Power MOS transistors, fin-type field effect transistors (FinFETs), other suitable components or combinations thereof. 1A has been simplified for the sake of clarity in order to better illustrate the inventive concepts of the present disclosure. The image sensor device may be supplemented with further features, and some of the features described below may be replaced or omitted to obtain other embodiments of the image sensor device.

Die Bildsensorvorrichtung umfasst ein Substrat 110 mit einer Vorderseite 112 und einer Rückseite 114. In 1A ist das Substrat 110 ein Halbleitersubstrat, welches Silizium umfasst. Alternativ dazu oder zusätzlich umfasst das Substrat 110 einen anderen elementaren Halbleiter, wie etwa Germanium und/oder Diamant; einen Verbindungshalbleiter, darunter Siliziumkarbid, Galliumarsenid, Galliumphosphid, Indiumphosphid, Indiumarsenid und/oder Indiumantimonid; einen Legierungshalbleiter, darunter SiGe, GaAsP, AlInAs, AlGaAs, GaInAs, GaInP und/oder GaInAsP; oder Kombinationen davon. Das Substrat 110 kann ein Halbleiter auf einem Isolator (Semiconductor On Insulator, SOI) sein. Das Substrat 110 kann eine Gradienten-Halbleiterschicht sein, und/oder eine Halbleiterschicht, die eine andere Halbleiterschicht eines anderen Typs überlagert, wie etwa eine Siliziumschicht auf einer Silizium-Germanium-Schicht. In 1A kann das Substrat 110 ein Substrat vom p-Typ sein. Zu den Dotierstoffen vom p-Typ, mit denen das Substrat 110 dotiert ist, gehören Bor, Gallium, Indium, andere geeignete Dotierstoffe vom p-Typ oder Kombinationen davon. Alternativ dazu kann das Substrat 110 ein Substrat vom n-Typ sein. Zu den Dotierstoffen vom n-Typ, mit denen das Substrat 110 dotiert sein kann, gehören Phosphor, Arsen, andere geeignete Dotierstoffe vom n-Typ oder Kombinationen davon. Das Substrat 110 kann verschiedene p-dotierte Bereiche und/oder n-dotierte Bereiche umfassen. Eine Dotierung kann unter Anwendung eines Prozesses, wie etwa Ionenimplantation oder Diffusion, in verschiedenen Schritten und mit verschiedenen Verfahren implementiert werden. Die Dicke des Substrats 110 kann im Bereich zwischen etwa 100 Mikrometern (μm) und etwa 3000 μm liegen. The image sensor device comprises a substrate 110 with a front side 112 and a back 114 , In 1A is the substrate 110 a semiconductor substrate comprising silicon. Alternatively or additionally, the substrate comprises 110 another elemental semiconductor, such as germanium and / or diamond; a compound semiconductor including silicon carbide, gallium arsenide, gallium phosphide, indium phosphide, indium arsenide and / or indium antimonide; an alloy semiconductor including SiGe, GaAsP, AlInAs, AlGaAs, GaInAs, GaInP and / or GaInAsP; or combinations thereof. The substrate 110 may be a semiconductor on an insulator (Semiconductor On Insulator, SOI). The substrate 110 may be a gradient semiconductor layer, and / or a semiconductor layer overlying another semiconductor layer of another type, such as a silicon layer on a silicon germanium layer. In 1A can the substrate 110 be a p-type substrate. To the p-type dopants with which the substrate 110 boron, gallium, indium, other suitable p-type dopants or combinations thereof. Alternatively, the substrate may be 110 be an n-type substrate. Among the n-type dopants with which the substrate 110 may include phosphorus, arsenic, other suitable n-type dopants or combinations thereof. The substrate 110 may comprise various p-doped regions and / or n-doped regions. Doping may be implemented using a process, such as ion implantation or diffusion, in various steps and by various methods. The thickness of the substrate 110 may range between about 100 microns (microns) and about 3000 microns.

Das Substrat 110 weist Isolationsmerkmale 120 auf, wie etwa lokale Oxidation von Silizium (Local Oxidation of Silicon, LOCOS) und/oder Grabenisolation (Shallow Trench Isolation, STI), um verschiedene Bereiche und/oder Bauelemente, die auf oder in dem Substrat 110 ausgebildet sind, zu trennen (oder zu isolieren). Zum Beispiel isolieren die Isolationsmerkmale 120 das Pixel P von benachbarten Pixeln. In 1A sind die Isolationsmerkmale 120 STIs. Die Isolationsmerkmale 120 umfassen Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxynitrid, ein anderes Isolationsmaterial oder Kombinationen davon. Die Isolationsmerkmale 120 werden durch ein beliebiges geeignetes Verfahren ausgebildet. Beispielsweise beinhaltet das Ausbilden einer STI einen Photolithographieprozess, das Ätzen eines Grabens in dem Substrat (wie etwa durch Anwendung von Trockenätzen, Nassätzen oder Kombinationen davon) und das Füllen des Grabens (zum Beispiel unter Anwendung eines Prozesses der chemischen Gasphasenabscheidung) mit einem oder mehreren dielektrischen Materialien. In einigen Beispielen kann der gefüllte Graben eine mehrschichtige Struktur aufweisen, wie etwa eine thermische Oxidauskleidungsschicht, die mit Siliziumnitrid oder Siliziumoxid gefüllt ist. In einigen anderen Beispielen kann die STI-Struktur unter Anwendung einer Bearbeitungsfolge erzeugt werden, wie etwa: Aufwachsen eines Pufferoxids, Ausbilden einer Nitridschicht mittels chemischer Niederdruck-Gasphasenabscheidung (Low Pressure Chemical Vapor Deposition, LPCVD) über dem Pufferoxid, Strukturieren einer STI-Öffnung in dem Pufferoxid und der Nitridschicht unter Verwendung eines Photoresists und einer Maskierung, Ätzen eines Grabens in dem Substrat in der STI-Öffnung, optionales Aufwachsen einer thermischen Oxid-Grabenauskleidung zum Verbessern der Grabengrenzfläche, Füllen des Grabens mit Oxid, Anwendung einer Bearbeitung durch chemisch-mechanisches Polieren zum Rückätzen und Planarisieren und Anwendung eines Strippverfahrens zum Entfernen der Nitridschicht.The substrate 110 has isolation characteristics 120 such as Local Oxidation of Silicon (LOCOS) and / or Trench Isolation (STI) to various areas and / or devices on or in the substrate 110 are designed to disconnect (or isolate). For example, isolate the isolation characteristics 120 the pixel P of neighboring pixels. In 1A are the isolation characteristics 120 STIs. The isolation characteristics 120 include silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, another insulating material, or combinations thereof. The isolation characteristics 120 are formed by any suitable method. For example, forming an STI involves a photolithography process, etching a trench in the substrate (such as by using dry etching, wet etching, or combinations thereof) and filling the trench (eg, using a chemical vapor deposition process) with one or more dielectric layers Materials. In some examples, the filled trench may have a multilayer structure, such as a thermal oxide lining layer filled with silicon nitride or silicon oxide. In some other examples, the STI structure may be generated using a machining sequence, such as: growing a buffer oxide, forming a nitride layer by low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) over the buffer oxide, patterning an STI opening into the buffer oxide and the nitride layer using a photoresist and a mask, etching a trench in the substrate in the STI opening, optionally growing a thermal oxide trench lining to improve the trench interface, filling the trench with oxide, applying chemical mechanical machining Polishing to etch back and planarize and apply a stripping process to remove the nitride layer.

Wie oben erwähnt, ist das Pixel P auf dem Substrat 110 ausgebildet. Das Pixel P erfasst eine Intensität (Helligkeit) von Strahlung, die zur Rückseite 114 des Substrats 110 hin gerichtet ist. Die einfallende Strahlung ist sichtbares Licht. Alternativ dazu ist die Strahlung vom Infrarot (IR-), Ultraviolett- (UV-), Röntgen-, Mikrowellen- oder einem anderen geeigneten Strahlungstyp, oder eine Kombination davon. Das Pixel P kann dafür ausgelegt sein, einer speziellen Lichtwellenlänge zu entsprechen, wie etwa einer roten, einer grünen oder einer blauen Lichtwellenlänge. Anders ausgedrückt, das Pixel P kann dafür ausgelegt sein, eine Intensität (Helligkeit) einer bestimmten Wellenlänge von Licht zu erfassen. In 1A umfasst das Pixel P einen Photodetektor, wie etwa eine Photodiode, welche einen Lichterfassungsbereich (oder Photoerfassungsbereich) 102 umfasst. Der Lichterfassungsbereich 102 ist ein dotierter Bereich mit n-Dotierstoffen und/oder p-Dotierstoffen, die in dem Substrat 110 entlang der Vorderseite 112 des Substrats 110 ausgebildet sind, so dass der Lichterfassungsbereich 102 der Vorderseite 112 zugewandt ist. In 1A kann der Lichterfassungsbereich 102 ein n-dotierter Bereich sein. Der Lichterfassungsbereich 102 wird durch ein Verfahren wie etwa Diffusion und/oder Ionenimplantation ausgebildet. Obwohl in 1A nicht dargestellt, umfasst das Pixel P ferner verschiedene Transistoren, wie etwa einen Transfertransistor, der einem Transfer-Gate zugeordnet ist, einen Rücksetztransistor, der einem Rücksetz-Gate (Reset-Gate) zugeordnet ist, einen Sourcefolgertransistor, einen Auswahltransistor, andere geeignete Transistoren oder Kombinationen davon. Der Lichterfassungsbereich 102 und verschiedene Transistoren (welche zusammen als Pixel-Schaltungsanordnung bezeichnet werden können) ermöglichen dem Pixel P, die Intensität der speziellen Lichtwellenlänge zu erfassen. Es können weitere Schaltungen, Eingänge und/oder Ausgänge für das Pixel P vorgesehen sein, um eine Betriebsumgebung für das Pixel P bereitzustellen und/oder die Kommunikation mit dem Pixel P zu unterstützen.As mentioned above, the pixel P is on the substrate 110 educated. The pixel P detects an intensity (brightness) of radiation to the back 114 of the substrate 110 directed. The incident radiation is visible light. Alternatively, the radiation is of the infrared (IR), ultraviolet (UV), X-ray, microwave or other suitable radiation type, or a combination thereof. The pixel P may be configured to correspond to a particular wavelength of light, such as a red, green or blue wavelength of light. In other words, the pixel P may be configured to detect an intensity (brightness) of a particular wavelength of light. In 1A the pixel P comprises a photodetector, such as a photodiode, which has a light sensing area (or photo sensing area) 102 includes. The light capture area 102 is a doped region with n-type dopants and / or p-type dopants present in the substrate 110 along the front 112 of the substrate 110 are formed, so that the light detection area 102 the front 112 is facing. In 1A can the light capture area 102 be an n-doped region. The light capture area 102 is formed by a method such as diffusion and / or ion implantation. Although in 1A not shown, the pixel P further comprises various transistors, such as a transfer transistor associated with a transfer gate, a reset transistor associated with a reset gate, a source follower transistor, a select transistor, other suitable transistors, or Combinations of it. The light capture area 102 and various transistors (which together may be referred to as pixel circuitry) allow the pixel P to detect the intensity of the particular wavelength of light. Further circuits, inputs and / or outputs for the pixel P may be provided to provide an operating environment for the pixel P and / or to assist in communication with the pixel P.

Anschließend wird eine Verbindungsstruktur 130 über der Vorderseite 112 des Substrats 110 ausgebildet, einschließlich über dem Pixel P. Die Verbindungsstruktur 130 ist mit verschiedenen Komponenten der BSI Bildsensorvorrichtung gekoppelt, wie etwa dem Pixel P, so dass die verschiedenen Komponenten der BSI Bildsensorvorrichtung in der Lage sind, auf das einfallende Licht (Bildgebungsstrahlung) richtig zu reagieren. Die Verbindungsstruktur 130 kann mehrere strukturierte dielektrische Schichten und leitende Schichten umfassen, welche Verbindungen (z. B. eine Verdrahtung) zwischen den verschiedenen dotierten Merkmalen, Schaltungen und Eingängen/Ausgängen der Bildsensorvorrichtung bereitstellen. Die Verbindungsstruktur 130 kann ferner eine dielektrische Zwischenschicht (Interlayer Dielectric, ILD) und eine Mehrschicht-Verbindungs-(Multilayer Interconnect, MLI)Struktur umfassen. In 1A umfasst die Verbindungsstruktur 130 verschiedene leitende Merkmale, welche vertikale Verbindungen sein können, wie etwa Durchkontaktierungen 132, und/oder horizontale Verbindungen, wie etwa Leitungen 134. Die verschiedenen leitenden Merkmale (d. h. die Durchkontaktierungen 132 und die Leitungen 134) umfassen leitende Materialien, wie etwa Metalle. In einigen Beispielen können Metalle wie Aluminium, Aluminium-Silizium-Kupfer-Legierung, Titan, Titannitrid, Wolfram, Polysilizium, Metallsilicid oder Kombinationen davon verwendet werden. Bei einigen Ausführungsformen können die verschiedenen leitenden Merkmale (d. h. die Durchkontaktierungen 132 und die Leitungen 134) als Aluminiumverbindungen bezeichnet werden. Aluminiumverbindungen können durch einen Prozess gebildet werden, der physikalische Gasphasenabscheidung (Physical Vapor Deposition, PVD), chemische Gasphasenabscheidung (Chemical Vapor Deposition, CVD) oder Kombinationen davon umfasst. Weitere Herstellungsverfahren, die angewendet werden, um die verschiedenen leitenden Merkmale (d. h. die Durchkontaktierungen 132 und die Leitungen 134) auszubilden, können photolithographische Bearbeitung und Ätzung zum Strukturieren leitender Materialien umfassen, um die vertikalen und horizontalen Verbindungen auszubilden. Es können noch weitere Herstellungsverfahren implementiert werden, um die Verbindungsstruktur 130 auszubilden, wie etwa ein thermisches Glühen, um ein Metallsilicid auszubilden. Das Metallsilicid, das in Mehrschichtverbindungen verwendet wird, kann Nickelsilicid, Cobaltsilicid, Wolframsilicid, Tantalsilicid, Titansilicid, Platinsilicid, Erbiumsilicid, Palladiumsilicid oder Kombinationen davon umfassen. Alternativ dazu können die verschiedenen leitenden Merkmale (d. h. die Durchkontaktierungen 132 und die Leitungen 134) Kupfer-Mehrschichtverbindungen sein, welche Kupfer, Kupferlegierungen, Titan, Titannitrid, Tantal, Tantalnitrid, Wolfram, Polysilizium, Metallsilicid oder Kombinationen davon umfassen. Die Kupferverbindungen können durch einen Prozess ausgebildet werden, der PVD, CVD oder Kombinationen davon umfasst. Es versteht sich, dass die dargestellten leitenden Merkmale (d. h. die Durchkontaktierungen 132 und die Leitungen 134) nur Beispiele sind und die tatsächliche Positionierung und Gestaltung der leitenden Merkmale (d. h. der Durchkontaktierungen 132 und die Leitungen 134) in Abhängigkeit von Erfordernissen des Entwurfs variieren können. Subsequently, a connection structure 130 over the front 112 of the substrate 110 formed, including above the pixel P. The connection structure 130 is coupled to various components of the BSI image sensor device, such as the pixel P, so that the various components of the BSI image sensor device are able to properly respond to the incident light (imaging radiation). The connection structure 130 may include a plurality of patterned dielectric layers and conductive layers that provide interconnections (eg, wiring) between the various doped features, circuits, and inputs / outputs of the image sensor device. The connection structure 130 may further comprise an interlayer dielectric (ILD) and a multilayer interconnect (MLI) structure. In 1A includes the connection structure 130 various conductive features, which may be vertical connections, such as vias 132 , and / or horizontal connections, such as lines 134 , The different conductive features (ie the vias 132 and the wires 134 ) include conductive materials such as metals. In some examples, metals such as aluminum, aluminum-silicon-copper alloy, titanium, titanium nitride, tungsten, polysilicon, metal silicide or combinations thereof may be used. In some embodiments, the various conductive features (ie, the vias 132 and the wires 134 ) are referred to as aluminum compounds. Aluminum compounds can be formed by a process that includes physical vapor deposition (PVD), chemical vapor deposition (CVD), or combinations thereof. Other manufacturing processes that are applied to the various conductive features (ie, the vias 132 and the wires 134 ) may include photolithographic processing and etching to pattern conductive materials to form the vertical and horizontal interconnects. Still other manufacturing methods may be implemented to improve the connection structure 130 such as thermal annealing to form a metal silicide. The metal silicide used in multilayer compounds may include nickel silicide, cobalt silicide, tungsten silicide, tantalum silicide, titanium silicide, platinum silicide, erbium silicide, palladium silicide or combinations thereof. Alternatively, the various conductive features (ie, the vias 132 and the wires 134 ) Copper multi-layer compounds comprising copper, copper alloys, titanium, titanium nitride, tantalum, tantalum nitride, tungsten, polysilicon, metal silicide or combinations thereof. The copper compounds may be formed by a process comprising PVD, CVD or combinations thereof. It is understood that the illustrated conductive features (ie, the vias 132 and the wires 134 ) are just examples and the actual positioning and design of the conductive features (ie the vias 132 and the wires 134 ) may vary depending on the requirements of the design.

Bei einigen Ausführungsformen kann eine Pufferschicht 140 auf der Verbindungsstruktur 130 ausgebildet sein. In 1A umfasst die Pufferschicht 140 ein dielektrisches Material wie etwa Siliziumoxid. Alternativ dazu kann die Pufferschicht 140 optional Siliziumnitrid umfassen. Die Pufferschicht 140 wird durch CVD, PVD oder andere geeignete Verfahren ausgebildet. Die Pufferschicht 140 kann durch einen CMP-Prozess planarisiert werden, um eine glatte Oberfläche zu bilden.In some embodiments, a buffer layer 140 on the connection structure 130 be educated. In 1A includes the buffer layer 140 a dielectric material such as silicon oxide. Alternatively, the buffer layer 140 optionally comprising silicon nitride. The buffer layer 140 is formed by CVD, PVD or other suitable methods. The buffer layer 140 can be planarized by a CMP process to form a smooth surface.

Anschließend kann ein Trägerwafer 150 durch die Pufferschicht 140 zusätzlich auf das Substrat 110 gebondet werden, so dass eine Bearbeitung der Rückseite 114 des Substrats 110 durchgeführt werden kann. Der Trägerwafer 150 ist bei der vorliegenden Ausführungsform ähnlich dem Substrat 110 und umfasst ein Siliziummaterial.Subsequently, a carrier wafer 150 through the buffer layer 140 in addition to the substrate 110 be bonded, leaving a backside processing 114 of the substrate 110 can be carried out. The carrier wafer 150 is similar to the substrate in the present embodiment 110 and comprises a silicon material.

Alternativ dazu kann der Trägerwafer 150 ein Glassubstrat oder ein anderes geeignetes Material umfassen. Der Trägerwafer 150 kann durch Molekularkräfte stoffschlüssig mit dem Substrat 110 verbunden sein, ein Verfahren, das als Direktbonden oder optisches Fusionsbonden bezeichnet wird, oder durch andere in der Technik bekannte Bondingverfahren, wie etwa Metalldiffusion oder anodisches Bonden.Alternatively, the carrier wafer 150 a glass substrate or other suitable material. The carrier wafer 150 can by molecular forces cohesively with the substrate 110 , a method called direct bonding or optical fusion bonding, or other bonding techniques known in the art, such as metal diffusion or anodic bonding.

Die Pufferschicht 140 gewährleistet eine elektrische Isolation zwischen dem Substrat 110 und dem Trägerwafer 150. Der Trägerwafer 150 gewährleistet den Schutz für die verschiedenen Merkmale, die auf der Vorderseite 112 des Substrats 110 ausgebildet sind, wie etwa das Pixel P. Der Trägerwafer 150 sorgt außerdem für mechanische Festigkeit und Abstützung für die Bearbeitung der Rückseite 114 des Substrats 110, wie unten erläutert. Nach dem Bonden können das Substrat 110 und der Trägerwafer 150 optional geglüht werden, um die Bondfestigkeit zu verbessern.The buffer layer 140 ensures electrical isolation between the substrate 110 and the carrier wafer 150 , The carrier wafer 150 ensures protection for the various features on the front 112 of the substrate 110 are formed, such as the pixel P. The carrier wafer 150 also provides mechanical strength and support for backside machining 114 of the substrate 110 as explained below. After bonding, the substrate can 110 and the carrier wafer 150 optionally annealed to improve the bond strength.

Es wird auf 1B Bezug genommen. Nach Beendigung des CMOS-Prozesses auf der Vorderseite 112 des Substrats 110 wird das Substrat 110 gewendet, und es kann ein Verdünnungsprozess von der Rückseite 114 aus durchgeführt werden, um die Dicke des Substrat 110 zu verringern. Der Verdünnungsprozess kann einen mechanischen Schleifprozess und einen chemischen Verdünnungsprozess umfassen. Zuerst kann eine wesentliche Menge des Substratmaterials während des mechanischen Schleifprozesses von dem Substrat 110 entfernt werden. Danach kann bei dem chemischen Verdünnungsprozess eine Ätzchemikalie auf die Rückseite 114 des Substrats 110 aufgebracht werden, um das Substrat 110 weiter bis zu einer gewünschten Dicke zu verdünnen. Wenn das Substrat 110 vom Typ SOI ist, kann die eingebettete vergrabene Oxidschicht (Buried Oxide Layer, BOX) als eine Ätzstoppschicht wirken. Die Dicke des Substrats 110 in einer BSI Bildsensorvorrichtung beträgt etwa 5–10 μm. Bei einigen Ausführungsformen kann die Dicke kleiner als 5 μm sein, sogar bis hinab zu etwa 2–3 μm. Die Dicke des Substrats 110 kann in Abhängigkeit von der Art der Anwendungen der Bildsensorvorrichtung implementiert werden.It will open 1B Referenced. After completing the CMOS process on the front 112 of the substrate 110 becomes the substrate 110 turned over, and there may be a thinning process from the back 114 be carried out to the thickness of the substrate 110 to reduce. The dilution process may include a mechanical grinding process and a chemical dilution process. First of all a substantial amount of the substrate material during the mechanical grinding process from the substrate 110 be removed. Thereafter, in the chemical dilution process, an etching chemical may be applied to the back surface 114 of the substrate 110 be applied to the substrate 110 continue to dilute to a desired thickness. If the substrate 110 of the type SOI, the embedded buried oxide layer (BOX) may act as an etch stop layer. The thickness of the substrate 110 in a BSI image sensor device is about 5-10 μm. In some embodiments, the thickness may be less than 5 μm, even down to about 2-3 μm. The thickness of the substrate 110 may be implemented depending on the type of applications of the image sensor device.

Anschließend wird eine dielektrische Schicht 160 mit hoher Dielektrizitätskonstante (hohem κ) (siehe 1E) auf der Rückseite 114 des Substrats 110 ausgebildet. Die dielektrische Schicht 160 mit hohem κ kann eine Schicht der unteren Antireflexbeschichtung (Bottom Anti-Reflective Coating, BARC) der Bildsensorvorrichtung sein. Genauer, es kann ein Vorreinigungsprozess der Rückseite 114 des Substrats 110 durchgeführt werden, um ein natives Oxid auf der Rückseite 114 zu entfernen, um eine Wasserstoff-terminierte(OH-)Fläche zu erzeugen. Dies kann unter Anwendung einer Behandlung mit verdünnter Flusssäure (Diluted Hydrofluoric Acid, DHF) oder Behandlung mit Flusssäuredampf (Vapor Hydrofluoric Acid, VHF) für eine geeignete Zeitdauer bewerkstelligt werden.Subsequently, a dielectric layer 160 with high dielectric constant (high κ) (see 1E ) on the back side 114 of the substrate 110 educated. The dielectric layer 160 high κ may be a layer of the bottom anti-reflective coating (BARC) of the image sensor device. More precisely, it can be a pre-cleaning process of the back 114 of the substrate 110 be done to a native oxide on the back 114 to produce a hydrogen-terminated (OH) surface. This can be accomplished using dilute hydrofluoric acid (DHF) treatment or vapor hydrofluoric acid (VHF) treatment for a suitable period of time.

Es wird auf 1C und 1D Bezug genommen. Ein Impuls eines Chlorid-Präkursors 210 wird für eine erste Zeitdauer der Rückseite 114 des Substrats 110 zugeführt. Bei einigen Ausführungsformen ist der Chlorid-Präkursor ein Metallchlorid, wie etwa Lanthanchlorid (LaCl3), Hafniumtetrachlorid (HfCl4) oder Zirconiumtetrachlorid (ZrCl4). Der Chlorid-Präkursor 210 von 1C reagiert mit der OH-Fläche (d. h. der Rückseite 114), um eine Metalloxid-Bonding 162 zu erzeugen, wie in 1D dargestellt. Der nicht umgesetzte Teil des Chlorid-Präkursors 210 wird von der Rückseite 114 entfernt. Bei einigen Ausführungsformen beträgt die erste Zeitdauer etwa 0,5 Sekunden bis etwa 2 Sekunden, in Abhängigkeit von der jeweiligen Situation.It will open 1C and 1D Referenced. An impulse of a chloride precursor 210 is for a first period of the back 114 of the substrate 110 fed. In some embodiments, the chloride precursor is a metal chloride, such as lanthanum chloride (LaCl 3 ), hafnium tetrachloride (HfCl 4 ), or zirconium tetrachloride (ZrCl 4 ). The chloride precursor 210 from 1C reacts with the OH area (ie the back 114 ) to a metal oxide bonding 162 to produce, as in 1D shown. The unreacted part of the chloride precursor 210 is from the back 114 away. In some embodiments, the first time duration is about 0.5 seconds to about 2 seconds, depending on the particular situation.

Es wird auf 1D und 1E Bezug genommen. Anschließend wird ein Oxidationsmittel 220 für eine zweite Zeitdauer der Rückseite 114 zugeführt. Bei einigen Ausführungsformen ist das Oxidationsmittel 220 Wasser (H2O). Wassermoleküle reagieren mit dem Metalloxid-Bonding 162. Das Chlorid des Metalloxid-Bondings 162 kann durch OH-Ionen des Wassers ersetzt werden, so dass die dielektrische Schicht 160 mit hohem κ ausgebildet wird, wie in 1E dargestellt. Bei einigen Ausführungsformen besteht die dielektrische Schicht 160 mit hohem κ aus Lanthanoxid, Hafniumoxid, Zirconiumoxid oder Kombinationen davon. Eine Dielektrizitätskonstante der dielektrischen Schicht 160 mit hohem κ ist größer als die Dielektrizitätskonstante von SiO2, d. h. κ ist größer als etwa 3,9. Der Prozesszyklus kann zum Beispiel fortgesetzt werden, indem ein Chlorid-Präkursor zugeführt wird, um mit der OH-terminierten Fläche zu reagieren. Bei einigen Ausführungsformen ist die zweite Zeitdauer gleich oder länger als etwa 0,5 Sekunden. Bei einigen anderen Ausführungsformen beträgt die zweite Zeitdauer etwa 0,5 Sekunden bis etwa 1,5 Sekunden, in Abhängigkeit von der jeweiligen Situation.It will open 1D and 1E Referenced. Subsequently, an oxidizing agent 220 for a second period of the back 114 fed. In some embodiments, the oxidizing agent is 220 Water (H 2 O). Water molecules react with metal oxide bonding 162 , The chloride of metal oxide bonding 162 can be replaced by OH ions of the water, so that the dielectric layer 160 is formed with high κ, as in 1E shown. In some embodiments, the dielectric layer is 160 high κ of lanthana, hafnia, zirconia or combinations thereof. A dielectric constant of the dielectric layer 160 with high κ is greater than the dielectric constant of SiO 2 , ie κ is greater than about 3.9. For example, the process cycle may be continued by supplying a chloride precursor to react with the OH-terminated surface. In some embodiments, the second time period is equal to or greater than about 0.5 seconds. In some other embodiments, the second time period is about 0.5 seconds to about 1.5 seconds, depending on the situation.

Bei einigen Ausführungsformen kann, nachdem das Oxidationsmittel 220 zugeführt worden ist, ein weiteres Oxidationsmittel für die zweite Zeitdauer der Rückseite 114 zugeführt werden, um noch weiteres Chlorid des Metalloxid-Bondings 162 zu ersetzen. Das Oxidationsmittel kann Ozon sein. Da das Chlorid wirksam ersetzt wird, wird der Chloridgehalt der dielektrischen Schicht 160 mit hohem κ weiter verringert. Bei einigen Ausführungsformen ist die Chloridkonzentration der dielektrischen Schicht mit hohem κ geringer als etwa 8 Atome/cm3. Bei einigen anderen Ausführungsformen ist die Chloridkonzentration der dielektrischen Schicht mit hohem κ geringer als etwa 5 Atome/cm3.In some embodiments, after the oxidant 220 has been supplied, another oxidizing agent for the second period of the back 114 be fed to even more chloride of the metal oxide bonding 162 to replace. The oxidizing agent may be ozone. Since the chloride is effectively replaced, the chloride content of the dielectric layer becomes 160 further reduced with high κ. In some embodiments, the chloride concentration of the high-k dielectric layer is less than about 8 atoms / cm 3 . In some other embodiments, the chloride concentration of the high-k dielectric layer is less than about 5 atoms / cm 3 .

Während des Herstellungsprozesses der Bildsensorvorrichtung wird Wasser verwendet und dissoziiert dann, um Wasserstoffionen zu liefern, welche mit dem Chlorid reagieren, um Salzsäure (HCl) zu bilden. Die Salzsäure korrodiert dann die dielektrische Schicht 160 mit hohem κ, wodurch sie die Haftung zwischen der dielektrischen Schicht 160 mit hohem κ und dem Substrat 110 verringert und eine Delaminierung der dielektrischen Schicht 160 mit hohem κ verursacht. In 1E ist jedoch, da die Chloridkonzentration der dielektrischen Schicht 160 mit hohem κ niedriger als etwa 8 Atome/cm3 ist, die Konzentration der gebildeten Salzsäure relativ niedrig. Somit kann die Haftung verbessert und das Problem der Delaminierung überwunden werden, wie in der folgenden Tabelle 1 angegeben.During the manufacturing process of the image sensor device, water is used and then dissociates to provide hydrogen ions which react with the chloride to form hydrochloric acid (HCl). The hydrochloric acid then corrodes the dielectric layer 160 with high κ, thereby increasing the adhesion between the dielectric layer 160 with high κ and the substrate 110 reduces and delamination of the dielectric layer 160 caused by high κ. In 1E However, since the chloride concentration of the dielectric layer 160 with high κ lower than about 8 atoms / cm 3 , the concentration of hydrochloric acid formed is relatively low. Thus, the adhesion can be improved and the problem of delamination overcome, as indicated in Table 1 below.

Tabelle 1 enthält die Versuchsergebnisse zur Dichte der Delaminierungsfehler zwischen der dielektrischen Schicht mit hohem κ und dem Substrat. In Tabelle 1 bestand die dielektrische Schicht mit hohem κ aus HfO2, das Substrat bestand aus Silizium, und der Chlorid-Präkursor war HfCl4. Tabelle 1 zeigt, dass sich die Konzentration von Chlorid (Cl) verringert, wenn die zweite Zeitdauer verlängert wird, und die Fehlerdichte wird verringert, wenn die Chloridkonzentration der dielektrischen Schicht mit hohem κ niedriger ist. Wenn zum Beispiel die zweite Zeitdauer etwa 0,5 Sekunden beträgt, wird die Chloridkonzentration auf etwa 8 Atome/cm3 verringert, und die Fehlerdichte verringert sich von etwa 55 pro mm2 auf etwa 16 pro mm2. Ferner wird, wenn die zweite Zeitdauer etwa 1,5 Sekunden beträgt, die Chloridkonzentration auf etwa 5 Atome/cm3 verringert, und die Fehlerdichte verringert sich weiter auf etwa 0 pro mm2. Tabelle 1 Cl Konzentration (Atome/cm3) Cl Konzentration Abweichung (%) Druck (Torr) Erste Zeitdauer (s) Zweite Zeitdauer (s) Fehlerdichte (Anzahl/mm2) 11 +33% 2,5 0,5 0,25 58 16 +94% 3,5 2,0 0,25 60 14 +71% 1,5 1,0 0,25 55 8 0% 2,5 1,0 0,5 16 7,68 –4% 3,5 0,5 0,5 18 7,92 –1% 1,5 2,0 0,5 14 5,52 –31% 2,5 2,0 1,5 0 4,16 –48% 3,5 1,0 1,5 0 3,28 –59% 1,5 0,5 1,5 0 Table 1 contains the experimental results on the density of delamination defects between the high k dielectric layer and the substrate. In Table 1, the high-k dielectric layer was made of HfO 2 , the substrate was made of silicon, and the chloride precursor was HfCl 4 . Table 1 shows that the concentration of chloride (Cl) decreases as the second period is prolonged, and the defect density is decreased when the chloride concentration of the high-k dielectric layer is lower. If to For example, when the second period is about 0.5 second, the chloride concentration is reduced to about 8 atoms / cm 3 , and the defect density decreases from about 55 per mm 2 to about 16 per mm 2 . Further, when the second period of time is about 1.5 seconds, the chloride concentration is reduced to about 5 atoms / cm 3 , and the defect density further decreases to about 0 per mm 2 . Table 1 Cl concentration (atoms / cm 3 ) Cl concentration deviation (%) Pressure (Torr) First time (s) Second time period (s) Error density (number / mm 2 ) 11 + 33% 2.5 0.5 0.25 58 16 + 94% 3.5 2.0 0.25 60 14 + 71% 1.5 1.0 0.25 55 8th 0% 2.5 1.0 0.5 16 7.68 -4% 3.5 0.5 0.5 18 7.92 -1% 1.5 2.0 0.5 14 5.52 -31% 2.5 2.0 1.5 0 4.16 -48% 3.5 1.0 1.5 0 3.28 -59% 1.5 0.5 1.5 0

Es wird auf 1E Bezug genommen. Die dielektrische Schicht 160 mit hohem κ, als die BARC-Schicht, hat am meisten Ladungen akkumuliert (meist negative, aber in manchen Fällen positive). Die Fähigkeit zur Ladungsakkumulation der dielektrischen Schicht 160 mit hohem κ verbessert die Qualität im Hinblick auf den Dunkelstrom, welcher der Strom ist, der in der Bildsensorvorrichtung fließt, wenn kein Licht auf die Bildsensorvorrichtung fällt, auf Weißpixel, was auftritt, wenn eine zu große Menge an Leckstrom ein anormal hohes Signal von den Pixeln verursacht, und auf Ungleichmäßigkeit des Dunkelsignals (Dark Image Non-Uniformity, DINU). Wenn die dielektrische Schicht 160 mit hohem κ negative (positive) Ladungen akkumuliert hat, ziehen diese positive (negative) Ladungen im Substrat 110 an die dielektrische Schicht mit hohem κ/die Substratgrenzfläche an, um elektrische Dipole zu bilden. Das heißt, die negativen (positiven) Ladungen erhöhen die Akkumulation von Löchern (Elektronen) an der Grenzfläche und erzeugen einen Verarmungsbereich an der oder in der Nähe der Grenzfläche. Die elektrischen Dipole spielen die Rolle einer Ladungsbarriere, welche die Störstellen oder Fehler wie etwa freie Bindungen (Dangling Bonds) einfangen.It will open 1E Referenced. The dielectric layer 160 with high κ, as the BARC layer, has accumulated the most charges (mostly negative, but in some cases positive). The ability to charge accumulate the dielectric layer 160 With high κ, the quality of dark current, which is the current that flows in the image sensor device when no light falls on the image sensor device, improves on white pixels, which occurs when too much amount of leakage current produces an abnormally high signal from the Pixels, and dark image non-uniformity (DINU) unevenness. When the dielectric layer 160 With high κ accumulated negative (positive) charges, these positive (negative) charges in the substrate 110 to the high-k dielectric layer / substrate interface to form electrical dipoles. That is, the negative (positive) charges increase the accumulation of holes (electrons) at the interface and create a depletion region at or near the interface. The electric dipoles play the role of a charge barrier that traps the impurities or defects such as dangling bonds.

Es wird auf 1F Bezug genommen. Es kann eine zusätzliche Bearbeitung durchgeführt werden, um die Herstellung der Bildsensorvorrichtung zu vervollständigen. Zum Beispiel kann eine Passivierungsschicht zum Schutz (zum Beispiel vor Staub oder Feuchtigkeit) um die Bildsensorvorrichtung herum ausgebildet werden. Ein Farbfilter 170 wird auf der dielektrischen Schicht 160 mit hohem κ ausgebildet und wird bezüglich des Lichterfassungsbereichs 102 des Pixels P ausgerichtet. Das Farbfilter 170 kann so positioniert werden, dass das ankommende Licht darauf und durch es hindurch gelenkt wird. Das Farbfilter 170 kann ein farbstoffbasiertes (oder pigmentbasiertes) Polymer oder Harz zum Filtern eines speziellen Wellenlängenbandes des ankommenden Lichts umfassen, welches einem Farbspektrum entspricht (z. B. Rot, Grün und Blau).It will open 1F Referenced. Additional processing may be performed to complete the fabrication of the image sensor device. For example, a passivation layer may be formed around the image sensor device for protection (eg from dust or moisture). A color filter 170 is on the dielectric layer 160 is formed with high κ and is related to the light detection area 102 aligned with the pixel P. The color filter 170 can be positioned so that the incoming light is directed onto and through it. The color filter 170 may include a dye-based (or pigment-based) polymer or resin for filtering a particular wavelength band of the incoming light that corresponds to a color spectrum (eg, red, green, and blue).

Bei einigen Ausführungsformen ist eine Mikrolinse auf dem Farbfilter 170 ausgebildet, um das ankommende Licht in Richtung spezieller Strahlungserfassungsbereiche in dem Substrat 110, wie etwa des Pixels P, zu lenken und zu fokussieren. Die Mikrolinse kann in verschiedenen Anordnungen positioniert sein und verschiedene Formen aufweisen, in Abhängigkeit von einem Brechungsindex des Materials, das für die Mikrolinse verwendet wird, und einem Abstand von einer Sensoroberfläche. Es versteht sich außerdem, dass das Substrat 110 einem optionalen Laserglühprozess vor der Ausbildung des Farbfilters 170 oder der Mikrolinse unterzogen werden kann.In some embodiments, a microlens is on the color filter 170 configured to detect the incoming light towards specific radiation detection areas in the substrate 110 , such as pixel P, and focus. The microlens may be positioned in various arrangements and have various shapes depending on a refractive index of the material used for the microlens and a distance from a sensor surface. It is also understood that the substrate 110 an optional laser annealing process prior to formation of the color filter 170 or the microlens can be subjected.

2 ist ein Diagramm, das verschiedene Atomkonzentrationen in Abhängigkeit von der Tiefe des Farbfilters 170, der dielektrischen Schicht 160 mit hohem κ und dem Substrat 110 der Bildsensorvorrichtung in 1F zeigt. In 2 bestand das Farbfilter 170 aus Oxid, die dielektrische Schicht 160 mit hohem κ war aus HfO2 ausgebildet, und das Substrat 110 bestand aus Silizium. Die Linie 202 stellt die Chloridkonzentration dar, die Linie 204 stellt die Fluoridkonzentration dar, und die Linie 206 stellt die Kohlenstoffkonzentration dar. In 2 war die Cl-Konzentration niedriger als 1 Atom/cm3. 2 is a diagram showing different atomic concentrations depending on the depth of the color filter 170 , the dielectric layer 160 with high κ and the substrate 110 the image sensor device in 1F shows. In 2 was the color filter 170 made of oxide, the dielectric layer 160 with high κ was formed from HfO 2 , and the substrate 110 consisted of silicon. The line 202 represents the chloride concentration, the line 204 represents the fluoride concentration, and the line 206 represents the carbon concentration. In 2 the Cl concentration was lower than 1 atom / cm 3 .

Gemäß den oben erwähnten Ausführungsformen kann die dielektrische Schicht 160 mit hohem κ unter Anwendung eines ALD-Prozesses ausgebildet werden. Der Chlorid-Präkursor wird verwendet, um die dielektrische Schicht mit hohem κ auszubilden. Da das Oxidationsmittel während des ALD-Prozesses für eine Zeitdauer zugeführt wird, die im Wesentlichen gleich oder länger als etwa 0,5 Sekunden ist, kann das Chlorid des Chlorid-Präkursors wirksam durch die Ionen des Oxidationsmittels ersetzt werden, so dass die Chloridkonzentration der gebildeten dielektrischen Schicht mit hohem κ verringert werden kann und niedriger als etwa 8 Atome/cm3 ist. Die niedrige Chloridkonzentration verringert das Problem der Delaminierung der dielektrischen Schicht mit hohem κ und verbessert die Haftung zwischen der dielektrischen Schicht mit hohem κ und dem Substrat.According to the above-mentioned embodiments, the dielectric layer 160 be formed with high κ using an ALD process. The chloride precursor is used to form the high k dielectric layer. Since the oxidizing agent is supplied during the ALD process for a period of time substantially equal to or longer than about 0.5 seconds, the chloride of the chloride precursor can be effectively replaced by the ions of the oxidizing agent, so that the chloride concentration of the formed high κ dielectric layer and is less than about 8 atoms / cm 3 . The low chloride concentration reduces the problem of delamination of the high k dielectric layer and improves the adhesion between the high k dielectric layer and the substrate.

Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beinhaltet ein Verfahren zum Ausbilden einer dielektrischen Schicht mit hoher Dielektrizitätskonstante (hohem κ) auf einem Substrat das Zuführen eines Chlorid-Präkursors zu einer Fläche des Substrats. Der Fläche wird ein Oxidationsmittel zugeführt, um die dielektrische Schicht mit hohem κ auf dem Substrat auszubilden. Eine Chloridkonzentration der dielektrischen Schicht mit hohem κ ist niedriger als etwa 8 Atome/cm3.According to some embodiments of the present disclosure, a method of forming a high dielectric constant (high κ) dielectric layer on a substrate includes supplying a chloride precursor to a surface of the substrate. The surface is supplied with an oxidizing agent to form the high-k dielectric layer on the substrate. A chloride concentration of the high-k dielectric layer is lower than about 8 atoms / cm 3 .

Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beinhaltet ein Verfahren zum Herstellen einer Bildsensorvorrichtung das Ausbilden eines Lichterfassungsbereichs in einem Substrat. Der Lichterfassungsbereich ist einer Vorderseite des Substrats zugewandt. Eine dielektrische Schicht mit hoher Dielektrizitätskonstante (hohem κ) wird auf einer der Vorderseite gegenüberliegenden Rückseite des Substrats unter Anwendung eines Prozesses der atomaren Schichtabscheidung (Atomic Layer Deposition, ALD) ausgebildet. Ein Präkursor des ALD-Prozesses umfasst Chlorid, und ein Oxidationsmittel wird während des ALD-Prozesses für eine Zeitdauer zugeführt, die im Wesentlichen gleich oder länger als etwa 0,5 Sekunden ist.According to some embodiments of the present disclosure, a method of manufacturing an image sensor device includes forming a light detection area in a substrate. The light detection area faces a front side of the substrate. A high dielectric constant (high κ) dielectric layer is formed on a front side opposite back surface of the substrate using an Atomic Layer Deposition (ALD) process. A precursor of the ALD process includes chloride, and an oxidizer is added during the ALD process for a period of time that is substantially equal to or greater than about 0.5 seconds.

Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Bildsensorvorrichtung ein Substrat und eine dielektrische Schicht mit hoher Dielektrizitätskonstante (hohem κ). Das Substrat weist eine Vorderseite und eine der Vorderseite gegenüberliegende Rückseite auf. Das Substrat weist ferner einen Lichterfassungsbereich auf, welcher der Vorderseite zugewandt ist. Die dielektrische Schicht mit hoher Dielektrizitätskonstante (hohem κ) ist auf der Rückseite des Substrats angeordnet. Eine Chloridkonzentration der dielektrischen Schicht mit hohem κ ist niedriger als etwa 8 Atome/cm3.According to some embodiments of the present disclosure, an image sensor device includes a substrate and a high dielectric constant (high κ) dielectric layer. The substrate has a front side and a rear side opposite the front side. The substrate further has a light detection area facing the front side. The high dielectric constant (high κ) dielectric layer is disposed on the back surface of the substrate. A chloride concentration of the high-k dielectric layer is lower than about 8 atoms / cm 3 .

Im Obigen wurden Merkmale verschiedener Ausführungsformen dargelegt, um Fachleuten auf dem Gebiet ein besseres Verständnis der Aspekte der vorliegenden Offenbarung zu ermöglichen. Für Fachleute sollte klar sein, dass sie die vorliegende Offenbarung in einfacher Weise als Grundlage zum Entwickeln oder Modifizieren anderer Prozesse und Strukturen zum Bewirken der gleichen Zwecke und/oder Erzielen der gleichen Vorteile der hier vorgestellten Ausführungsformen verwenden können. Für Fachleute sollte außerdem klar sein, dass solche äquivalenten Konstruktionen nicht von der Grundidee und vom Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abweichen, und dass sie verschiedene Änderungen, Substitutionen und Modifikationen daran vornehmen können, ohne von der Grundidee und vom Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.In the above, features of various embodiments have been presented to enable those skilled in the art to better understand the aspects of the present disclosure. It should be appreciated by those skilled in the art that they may readily use the present disclosure as a basis for developing or modifying other processes and structures for accomplishing the same purposes and / or achieving the same advantages of the embodiments presented herein. It should also be understood by those skilled in the art that such equivalent constructions do not depart from the spirit and scope of the present disclosure, and that various changes, substitutions, and alterations may be made therein without departing from the spirit and scope of the present disclosure.

Claims (20)

Verfahren zum Ausbilden einer dielektrischen Schicht mit hoher Dielektrizitätskonstante (hohem κ) auf einem Substrat, welches umfasst: Zuführen eines Chlorid-Präkursors zu einer Oberfläche des Substrats; und Zuführen eines Oxidationsmittels zu der Oberfläche, um die dielektrische Schicht mit hohem κ auf dem Substrat auszubilden, wobei eine Chloridkonzentration der dielektrischen Schicht mit hohem κ niedriger als etwa 8 Atome/cm3 ist.A method of forming a high dielectric constant (high κ) dielectric layer on a substrate, comprising: supplying a chloride precursor to a surface of the substrate; and supplying an oxidizing agent to the surface to form the high-k dielectric layer on the substrate, wherein a chloride concentration of the high-k dielectric layer is lower than about 8 atoms / cm 3 . Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Chlorid-Präkursor ein Metallchlorid ist.The method of claim 1, wherein the chloride precursor is a metal chloride. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Chlorid-Präkursor LaCl3, HfCl4 oder ZrCl4 ist.The method of claim 1, wherein the chloride precursor is LaCl 3 , HfCl 4 or ZrCl 4 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Substrat aus Silizium hergestellt ist.Method according to one of the preceding claims, wherein the substrate is made of silicon. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Oxidationsmittel H2O, Ozon oder eine Kombination davon ist. A method according to any one of the preceding claims, wherein the oxidizing agent is H 2 O, ozone or a combination thereof. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Chloridkonzentration der dielektrischen Schicht mit hohem κ niedriger als etwa 5 Atome/cm3 ist.The method of any one of the preceding claims, wherein the chloride concentration of the high-k dielectric layer is less than about 5 atoms / cm 3 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches ferner umfasst: Durchführen eines Vorreinigungsprozesses auf der Oberfläche des Substrats vor dem Zuführen des Chlorid-Präkursors.The method of any one of the preceding claims, further comprising: Performing a pre-cleaning process on the surface of the substrate prior to supplying the chloride precursor. Verfahren zum Herstellen einer Bildsensorvorrichtung, welches umfasst: Ausbilden eines Lichterfassungsbereichs in einem Substrat, wobei der Lichterfassungsbereich einer Vorderseite des Substrats zugewandt ist; und Ausbilden einer dielektrischen Schicht mit hoher Dielektrizitätskonstante (hohem κ) auf einer der Vorderseite gegenüberliegenden Rückseite des Substrats unter Anwendung eines Prozesses der atomaren Schichtabscheidung (Atomic Layer Deposition, ALD), wobei ein Präkursor des ALD-Prozesses Chlorid umfasst und ein Oxidationsmittel während des ALD-Prozesses für eine Zeitdauer zugeführt wird, die im Wesentlichen gleich oder länger als etwa 0,5 Sekunden ist.A method of manufacturing an image sensor device comprising: Forming a light detection area in a substrate, the light detection area facing a front side of the substrate; and Forming a high dielectric constant (high κ) dielectric layer on a front side opposite back surface of the substrate using an Atomic Layer Deposition (ALD) process, wherein a precursor of the ALD process comprises chloride and an oxidant during ALD Process for a period of time that is substantially equal to or longer than about 0.5 seconds. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Oxidationsmittel während des ALD-Prozesses für etwa 0,5 Sekunden bis etwa 1,5 Sekunden zugeführt wird.The method of claim 8, wherein the oxidizing agent is supplied during the ALD process for about 0.5 seconds to about 1.5 seconds. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Präkursor ferner Hafnium (Hf), Zirconium (Zr), Lanthan (La) oder Kombinationen davon umfasst.The method of claim 8 or 9, wherein the precursor further comprises hafnium (Hf), zirconium (Zr), lanthanum (La), or combinations thereof. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der ALD-Prozess umfasst: Entfernen eines nativen Oxids auf einer Fläche des Substrats, auf der die dielektrische Schicht mit hohem κ ausgebildet werden soll.The method of any one of claims 8 to 10, wherein the ALD process comprises: Removing a native oxide on a surface of the substrate on which the high-k dielectric layer is to be formed. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Entfernen unter Anwendung einer Behandlung mit verdünnter Flusssäure (Diluted Hydrofluoric Acid, DHF) oder Behandlung mit Flusssäuredampf (Vapor Hydrofluoric Acid, VHF) durchgeführt wird.The method of claim 11, wherein said removing is performed using dilute hydrofluoric acid (DHF) treatment or vapor hydrofluoric acid (VHF) treatment. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, welches ferner umfasst: Ausbilden einer Verbindungsstruktur auf oder über der Vorderseite des Substrats.The method of any one of claims 8 to 12, further comprising: Forming a connection structure on or over the front side of the substrate. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, welches ferner umfasst: Ausbilden eines Farbfilters auf der dielektrischen Schicht mit hohem κ und über dem Lichterfassungsbereich.The method of any of claims 8 to 13, further comprising: Forming a color filter on the high-k dielectric layer and above the light-detecting area. Bildsensorvorrichtung, welche umfasst: ein Substrat, das eine Vorderseite und eine der Vorderseite gegenüberliegende Rückseite aufweist, wobei das Substrat ferner einen Lichterfassungsbereich aufweist, welcher der Vorderseite zugewandt ist; und eine dielektrische Schicht mit hoher Dielektrizitätskonstante (hohem κ), die auf der Rückseite des Substrats angeordnet ist, wobei eine Chloridkonzentration der dielektrischen Schicht mit hohem κ niedriger als etwa 8 Atome/cm3 ist.An image sensor apparatus comprising: a substrate having a front side and a back side opposite to the front side, the substrate further having a light detection area facing the front side; and a high dielectric constant (high κ) dielectric layer disposed on the back side of the substrate, wherein a chloride concentration of the high κ dielectric layer is less than about 8 atoms / cm 3 . Bildsensorvorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Chloridkonzentration der dielektrischen Schicht mit hohem κ niedriger als etwa 5 Atome/cm3 ist.The image sensing device of claim 15, wherein the chloride concentration of the high-k dielectric layer is less than about 5 atoms / cm 3 . Bildsensorvorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, wobei die dielektrische Schicht mit hohem κ aus Lanthanoxid, Hafniumoxid, Zirconiumoxid oder Kombinationen davon hergestellt ist.An image sensor device according to claim 15 or 16, wherein said high-k dielectric layer is made of lanthana, hafnia, zirconia or combinations thereof. Bildsensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei das Substrat aus Silizium hergestellt ist.An image sensor device according to any one of claims 15 to 17, wherein the substrate is made of silicon. Bildsensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei die dielektrische Schicht mit hohem κ eine Schicht der unteren Antireflexbeschichtung (Bottom Anti-Reflective Coating, BARC) ist.An image sensor device according to any one of claims 15 to 18, wherein said high-k dielectric layer is a bottom anti-reflective coating (BARC) layer. Bildsensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, welche ferner umfasst: eine Verbindungsstruktur, die auf oder über der Vorderseite des Substrats angeordnet ist.An image sensor device according to any one of claims 15 to 19, further comprising: a connection structure disposed on or above the front surface of the substrate.
DE102016100020.5A 2015-05-07 2016-01-03 A method of forming a high dielectric constant dielectric layer, image sensor device, and manufacturing method therefor Pending DE102016100020A1 (en)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201562158437P 2015-05-07 2015-05-07
US62/158,437 2015-05-07
US14/934,648 2015-11-06
US14/934,648 US10177185B2 (en) 2015-05-07 2015-11-06 High dielectric constant dielectric layer forming method, image sensor device, and manufacturing method thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102016100020A1 true DE102016100020A1 (en) 2016-11-10

Family

ID=57178981

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102016100020.5A Pending DE102016100020A1 (en) 2015-05-07 2016-01-03 A method of forming a high dielectric constant dielectric layer, image sensor device, and manufacturing method therefor

Country Status (5)

Country Link
US (4) US10177185B2 (en)
KR (2) KR20160131863A (en)
CN (1) CN106129073B (en)
DE (1) DE102016100020A1 (en)
TW (1) TWI624906B (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6879919B2 (en) * 2015-09-17 2021-06-02 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 Manufacturing method of solid-state image sensor, electronic device, and solid-state image sensor
US10134801B2 (en) * 2015-11-30 2018-11-20 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited Method of forming deep trench isolation in radiation sensing substrate and image sensor device
CN107578990A (en) * 2017-09-06 2018-01-12 德淮半导体有限公司 The forming method of imaging sensor
CN110828490B (en) * 2018-08-07 2023-05-23 联华电子股份有限公司 Backside illuminated image sensor

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6780704B1 (en) * 1999-12-03 2004-08-24 Asm International Nv Conformal thin films over textured capacitor electrodes
US6613695B2 (en) 2000-11-24 2003-09-02 Asm America, Inc. Surface preparation prior to deposition
US7034387B2 (en) 2003-04-04 2006-04-25 Chippac, Inc. Semiconductor multipackage module including processor and memory package assemblies
KR101159070B1 (en) 2003-03-11 2012-06-25 삼성전자주식회사 Method for manufacturing oxide film having high dielectric constant, capacitor comprising dielectric film formed by the method and method for manufacturing the same
US6930060B2 (en) * 2003-06-18 2005-08-16 International Business Machines Corporation Method for forming a uniform distribution of nitrogen in silicon oxynitride gate dielectric
US20050059233A1 (en) 2003-09-12 2005-03-17 Ming-Tsong Wang Process for forming metal damascene structure to prevent dielectric layer peeling
US8486845B2 (en) 2005-03-21 2013-07-16 Tokyo Electron Limited Plasma enhanced atomic layer deposition system and method
US7265015B2 (en) 2005-06-30 2007-09-04 Promos Technologies Inc. Use of chlorine to fabricate trench dielectric in integrated circuits
US7402534B2 (en) 2005-08-26 2008-07-22 Applied Materials, Inc. Pretreatment processes within a batch ALD reactor
JP4992446B2 (en) 2006-02-24 2012-08-08 ソニー株式会社 Solid-state imaging device, manufacturing method thereof, and camera
FR2933143B1 (en) 2008-06-26 2011-06-10 Airbus France NACELLE FOR AN AIRCRAFT COMPRISING INVERTER PUSHING MEANS AND AIRCRAFT COMPRISING AT LEAST ONE SUCH NACELLE
US8313994B2 (en) 2009-03-26 2012-11-20 Tokyo Electron Limited Method for forming a high-K gate stack with reduced effective oxide thickness
JP5365345B2 (en) 2009-05-28 2013-12-11 ソニー株式会社 Manufacturing method of semiconductor device
US8802201B2 (en) * 2009-08-14 2014-08-12 Asm America, Inc. Systems and methods for thin-film deposition of metal oxides using excited nitrogen-oxygen species
US8883270B2 (en) 2009-08-14 2014-11-11 Asm America, Inc. Systems and methods for thin-film deposition of metal oxides using excited nitrogen—oxygen species
KR20110105159A (en) 2010-03-18 2011-09-26 주식회사 하이닉스반도체 Stacked semiconductor package and method for forming the same
US8890273B2 (en) * 2012-01-31 2014-11-18 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Methods and apparatus for an improved reflectivity optical grid for image sensors
US9659981B2 (en) 2012-04-25 2017-05-23 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Backside illuminated image sensor with negatively charged layer
US8803306B1 (en) 2013-01-18 2014-08-12 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Fan-out package structure and methods for forming the same
US9147736B2 (en) * 2013-03-01 2015-09-29 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. High-K film apparatus and method
US9691809B2 (en) 2013-03-14 2017-06-27 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Backside illuminated image sensor device having an oxide film and method of forming an oxide film of a backside illuminated image sensor device
US10109507B2 (en) * 2016-06-01 2018-10-23 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Fluorine contamination control in semiconductor manufacturing process
JP2019029448A (en) * 2017-07-27 2019-02-21 キヤノン株式会社 Imaging device, camera, and manufacturing method of imaging device

Also Published As

Publication number Publication date
US20200343279A1 (en) 2020-10-29
CN106129073A (en) 2016-11-16
US11195867B2 (en) 2021-12-07
US20190157320A1 (en) 2019-05-23
TWI624906B (en) 2018-05-21
CN106129073B (en) 2019-10-08
KR20180062441A (en) 2018-06-08
US10177185B2 (en) 2019-01-08
KR20160131863A (en) 2016-11-16
US10636824B2 (en) 2020-04-28
US20200127024A1 (en) 2020-04-23
US10720460B2 (en) 2020-07-21
KR102010703B1 (en) 2019-08-13
US20160329364A1 (en) 2016-11-10
TW201640612A (en) 2016-11-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102016100013B4 (en) Additional spiked area for back deep trench isolation
DE102007051312B4 (en) Method of manufacturing a CMOS device with Peltier element and photodiode
DE102015109641B4 (en) Implant damage free image sensor and related method
DE102011055736B4 (en) A semiconductor device having a bonding surface and a shielding structure and a method of manufacturing the same
DE102016119029B4 (en) Image sensor device and method for manufacturing the same
DE102006060253B4 (en) Semiconductor device with photodiode and method for its production
DE102011055767B4 (en) Bonding surface semiconductor device and method of manufacturing the same
US10720460B2 (en) High dielectric constant dielectric layer forming method, image sensor device, and manufacturing method thereof
DE102008046101A1 (en) Image sensor and method for its production
DE102020124105A1 (en) REAR DEEP DITCH INSULATION STRUCTURE FOR AN IMAGE SENSOR
DE102015115940A1 (en) Deep trench isolations and methods for their production
DE102018108146B4 (en) IMAGE SENSOR WITH PAD STRUCTURE
DE69318202T2 (en) Solid-state imaging device and manufacturing method
DE102016100764A1 (en) SEMICONDUCTOR COMPONENT STRUCTURE
DE102021117988A1 (en) image sensor
DE102017123948A1 (en) ENCLOSED EPITAXIAL STRUCTURE AND METHOD
DE102018122628B4 (en) CMOS image sensor with jagged photodiode structure
DE102021117107A1 (en) SEMICONDUCTOR SENSOR AND METHOD THEREOF
WO2011039568A1 (en) Semiconductor component with a window opening as an interface for ambient coupling
DE102016116587B4 (en) Method of using a surfactant-containing shrink material to prevent capillary collapse of a photoresist pattern
DE102016114804B4 (en) Semiconductor device and method for manufacturing the same
DE102024100091A1 (en) ETCH BLOCKING STRUCTURE TO COMPLETE DEEP TRENCH ISOLATION CLOSURE
DE10008032A1 (en) Production of a CMOS-compatible photosensor used in electronic image processing systems comprises forming field oxide regions, sinks and channels, a gate and transistors on a silicon wafer
DE102013107705A1 (en) Image sensor device and method

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication